微机电系统

微机电系统复习资料

第一章绪论

一、MEMS：特征尺寸在1um~1mm范围内的机械叫做微型机械。

三个特征：微型化（主要体现在体积、重量、耗能、惯性），集成化（体现在将不同功能、敏感、执行元素集成在一起），可批量生产

（特征尺寸、孔腔、沟道、悬臂梁）。

二、代表性器件：数字胃镜（DMD），喷墨打印机的喷头（销量最高），微

静电电机，机械陀螺仪（用于导航）。

三、与微电子产业相比的特征：1、三维可动装置2、多功能（生物、化学、

电能……）

、涉及的材料多4、封装和自组装工艺5、生产工艺和制造技术（制造技

术主要有体微加工技术、表面微加工技术和LIGA，其中LIGA上课没讲）

第二章

一、微型化的标度：表面积/体积比，主要考虑其比值缩小带来的影响，主

要体现在表面力、摩擦力占的主导作用。

二、应力（单位是Pa,压强）、应变

弹性模量=应力/应变

梁发生最大弯曲处：扰度、粘附

数测量：1，几何特征（大小）：光学显微镜（光学），台阶仪（机械），扫描电子显微镜（SEM，电学）

2，表面形貌：探针技术（机械探针和光学探针），

SEM，原子力显微镜（AFM）

3，应力和应变的测量：1），硅片弯曲，传统的，测

整个硅片，精度低，不可以测弹性模量2），X射线

衍射法（XRD），拉曼光谱法，测量简单，设备昂

贵，精度低3）加载变形和谐振频率法，光路复

杂、精度高、可以测弹性模量

第三章工作原理和敏感材料

一、压阻敏感（应变系数，变阻器）

常见压阻材料（三类）：金属应变器（受温度影响小），单晶硅（涉及掺杂），多晶硅（应变系数小于单晶硅，衬底多）

二、压电效应：

定义：在机械压力作用下会产生电荷和电压

起因：晶体中离子电荷的位移变化引起的极化

代表性材料：石英，钛酸钡（BaTiO3），PET

机电耦合性系数：

三、热敏感：喷墨头，热电偶（测温，自供电，不需外接电源），串联形成

热电堆（用于测温），热电阻器（用作加热装置），两种加热材料：铂（金属材料），多晶硅（半导体材料）

四、静电敏感（代表器件：微静电电机）

静电敏感相比于与静电执行的优点：

1，结构简单，只需两个导电表面2，功耗低，依赖于电压差而非电流3.，响应快，转换速度由充放电时间决定。充放电时间——

平板电容，叉指电容（IDT）

第四章

一、掺杂

两种工艺：

扩散：固溶度——掺杂物在材料中不改变其晶体结构的最大浓度

离子注入：加速离子穿入硅片，晶格碰撞，随机过程

二、等离子体（由电子、离子、带电粒子组成，对外呈中性）

特征：高密度

产生条件：真空

三种应用： 1）制备方面：辅助不同工艺，沉积材料

2）掺杂：辅助不同工艺对基底材料掺杂

3）刻蚀、微加工或移除基底材料

三、材料：1）衬底材料：硅——机械性能、高温稳定，用110面晶向，

较易加工

石英——透光性好，耐高温

硅化物——二氧化硅或氮化硅，用来绝缘或作掩模板

玻璃——廉价

GaAs——电子迁移率高

2）导电材料应用：作金属跟半导体的欧姆接触

集成电路布线（铝、铜）

3）介质材料：

两类导电类型：电子性导电（导带中电子，空间限制电流，热电子）

离子性导电

四：薄膜制备方法：

物理气象淀积PVD：固态→气态→固态沉积

化学气象淀积（CVD）：蒸发，三要素：真空、高温、蒸发源。

溅射：溅射率，平均一个离子轰出的离子数。

溅射率取决于原子序数、加速电压、入射方向真空：磁场（射频、磁控）

在真空下，加磁场（射频磁场）等制备前面三种材料。

化学汽相淀积CVD优点：低温，难溶物质，纯度高，致密性好

第五章制造工艺

一、光刻：图形复制技术

1）光源：汞灯，准分子激光，电子束，X射线

光刻胶：正胶，聚合物发生裂解，曝光部分可以洗掉，分辨率高，粘附性差

负胶，聚合物发生交联，未曝光部分可以洗掉，速度高，

粘附性好，成本低，分辨率低

二、体微加工技术：沿厚度方向对基底或衬底进行刻蚀，形成三维结构

湿法刻蚀：同向刻蚀：HAD——HF+HNO3+CH3COOH，刻蚀硅、铝较快

异向刻蚀： KOH——表面光滑，但引入钾离子污染

EDP——与掺杂浓度有关，用于刻蚀铝

TMAH——无污染，无金属离子，但表面粗糙

干法刻蚀：等离子体，不受晶向影响，问题——刻蚀剂受阻，生成物不易挥发

DRIE（深反应离子刻蚀）：适应于垂直壁，深槽刻蚀，具有高深

宽比

三、表面微加工技术：制备附着于衬底表面的薄膜来形成微结构。组成：绝缘部分，微结构部分（要求机械性能好，残余应力小，缺陷少，黏附），牺牲层部分——与IC工艺兼容，容易去除

四、其他微加工技术

化学机械抛光（CMP）：氧化物→KOH （磨料：铜、钨）键合技术（SOI）：将两层或多层硅片叠放在一起形成整体

三种键合方法：

1) 利用粘合剂：环氧树脂

2) 共晶键合（金属原子扩散到硅材料中，形成共晶）

3) 阳极键合（Na+,O2-迁移）

4) 硅融合→水合作用形成O-H键

题型：选择、判断、简答

选择、判断加起来占到近60分